DE60131571T2 - BEARING ARRANGEMENT WITH SENSORS FOR MONITORING LOADS - Google Patents

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Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft im allgemeinen Lager und insbesondere eine Lageranordnung, die Kräfte und Drehmomente, die durch sie übertragen werden, überwacht, um elektrische Signale bereitzustellen, die von Vorrichtungen verwendet werden, die Fahrzeugdynamiken überwachen und steuern, basierend auf berechneter Reifenkontaktflächenbelastung, oder um die allgemeinen Belastungen und Ladungen, die auf ein Lager wirken, zu bestimmen.The This invention relates generally to bearings, and more particularly to a bearing assembly. the forces and Torques transmitted through them be, supervised, to provide electrical signals used by devices that monitor vehicle dynamics and control, based on calculated tire contact surface load, or around the general loads and charges that act on a bearing, to determine.

Stand der TechnikState of the art

Es gibt eine Anzahl von Anwendungen, bei denen die Belastungen und Arten von Belastungen, die auf ein Lager in dessen Betrieb wirken, wichtige Informationen über das Lager und die mit dem Lager verbundenen Objekte liefern können. Eine derartige Anwendung ist die Automobilindustrie, wo derartige Belastungsinformationen, in elektrischer Signalform, entscheidend für die korrekte Anwendung von Fahrzeugdynamiksteuerungssystemen („VDC") sind. Eine andere Anwendung ist in der Stahlwalzindustrie, wo elektronische Verarbeitung und Steuerung zur Manipulation der Geschwindigkeit und Belastungen von Walzen während des Walzprozesses verwendet wird. Noch eine Anwendung ist die Werkzeugmaschinenindustrie, wo programmierbare Steuerungen und Prozessoren die Geschwindigkeit von Spindeln in Fräs-, Dreh- und Bohrmaschinen überwachen und steuern.It There are a number of applications where the loads and Types of loads acting on a bearing in its operation, important information about the warehouse and the objects connected to the warehouse. A such application is the automotive industry, where such load information, in electrical signal form, crucial for the correct application of Vehicle Dynamics Control Systems ("VDC") Another application is in the steel rolling industry, where electronic processing and control for manipulating the speed and loading of rollers while of the rolling process is used. Another application is the machine tool industry, where programmable controllers and processors speed of spindles in milling, Monitor turning and drilling machines and control.

In der Automobilindustrie werden viele Fahrzeuge aktueller Produktion mit Antiblockierbremsen ausgestattet. Ein System dieser Art überwacht die Rotation der Räder eines Fahrzeugs und, wenn die Bremsen des Fahrzeugs betätigt werden, vermindert die Bremskraft an jedem Rad das blockiert und rutscht. Dies vermindert die Neigung des Fahrzeugs vom Kurs abzukommen, wenn die Traktion an den Rädern unterschiedlich ist und erleichtert das Lenken des Fahrzeugs unter derartigen Umständen. Einige Fahrzeuge weisen ein Traktionskontrollsystem auf. Diese Art von System überwacht die Rotation der angetriebenen Räder und verteilt die Antriebskraft zwischen diesen Rädern, so dass eines nicht losbricht und durchdreht. Während beide Systeme es dem Fahrer eines Fahrzeugs ermöglichen, eine bessere Kontrolle über das Fahrzeug aufrecht zu erhalten, beeinflussen auch andere Faktoren den Betrieb des Fahrzeugs und trotz des erfolgreichen Betriebs eines Antiblockierbremssystems und eines Traktionskontrollsystems können diese anderen Faktoren immer noch zu einem Kontrollverlust des Fahrzeugs führen.In In the automotive industry, many vehicles are current production equipped with anti-lock brakes. A system of this kind monitors the rotation of the wheels a vehicle and, when the brakes of the vehicle are applied, reduces the braking force on each wheel that locks and slips. This reduces the tendency of the vehicle to stray from the course when the traction on the wheels is different and facilitates the steering of the vehicle under such circumstances. Some vehicles have a traction control system. This kind monitored by the system the rotation of the driven wheels and distributes the driving force between these wheels so that one does not break loose and is spinning. While Both systems allow the driver of a vehicle to have better control over the vehicle Maintaining vehicle also affect other factors the operation of the vehicle and despite the successful operation of an anti-lock braking system and a traction control system can use these other factors still lead to a loss of control of the vehicle.

Wesentlich unter diesen anderen Faktoren sind die Zentripetalkräfte, die ein Fahrzeug erfährt, wenn es um eine Kurve fährt – Kräfte, die seitlich auf das Fahrzeug wirken. Die Reibung zwischen den Fahrzeugreifen und der Straßenoberfläche, die an den so genannten „Reifenkontaktflächen" stattfindet, erzeugt diese Kräfte, gelegentlich jedoch mag die Reibung nicht ausreichen und das Fahrzeug wird rutschen und eventuell außer Kontrolle geraten, insbesondere, wenn es von einer Person mit ungenügendem Fahrgeschick betrieben wird. Andererseits können die Reibungskräfte an den Reifenkontaktflächen ein Rutschen verhindern, aber die in der Kurve erzeugte Zentripetalkraft erzeugt ein Moment um den Schwerpunkt des Fahrzeugs, das ausreicht, das Fahrzeug umstürzen zu lassen.Essential Among these other factors are the centripetal forces a vehicle experiences when it turns a corner - forces that act on the side of the vehicle. The friction between the vehicle tires and the road surface, the takes place on the so-called "tire contact surfaces" produced these forces, occasionally, however, the friction may not be enough and the vehicle will slip and possibly except Control advised, especially if it is from a person with insufficient driving skills is operated. On the other hand the frictional forces at the tire contact surfaces Prevent slipping, but the centripetal force generated in the curve creates a moment around the center of gravity of the vehicle that is sufficient overturn the vehicle allow.

Die Automobilhersteller haben sich den VDC-Systemen zugewandt, um einen Kontrollverlust von Fahrzeugen in Kurven zu verhindern. Das typische VDC-System stützt sich auf einen Giersensor, der die Rate der Veränderung des Gierens (Rotation des Fahrzeugs um seine vertikale Achse) misst, und einen Querbeschleunigungssensor, um die Zentripetalkraft, die auf das Fahrzeug als Folge des Durchfahrens einer Kurve wirkt, zu messen. Ein VDC-System berücksichtigt auch die Winkelgeschwindigkeit der Straßenräder, die Stellung des Lenkrads und die von dem Motor erzeugte Leistung. Das typische VDC-System analysiert diese Informationen und moduliert den Betrieb sowohl des Motors als auch der Bremsen, um eine bessere Kontrolle des Fahrzeugs in der Kurve aufrecht zu erhalten.The Automobile manufacturers have turned to the VDC systems to get one Prevent loss of control of vehicles in bends. The typical VDC system supports refers to a yaw sensor that determines the rate of change in yawing (rotation of the Vehicle about its vertical axis), and a lateral acceleration sensor, around the centripetal force acting on the vehicle as a result of passing through a curve acts to measure. A VDC system also takes into account the angular velocity of the Road wheels that Position of the steering wheel and the power generated by the engine. The typical VDC system analyzes this information and modulates the operation of both the engine and the brakes to a better To maintain control of the vehicle in the bend.

Weiter fortgeschrittene VDC-Systeme berücksichtigen bei der Echtzeitanalyse auch geschätzte Lasten an den einzelnen Rädern und versuchen auf diese Weise die Zustände an den Reifenkontaktflächen zu bewerten. Jedoch erfährt jede Reifenkontaktfläche beim Durchfahren einer Kurve Kräfte und Drehmomente, die nicht von einfachen analytischen Methoden erfasst werden können. Daher liefert beispielsweise die Messung der Auslenkung eines Stoßdämpferkolbens nicht sehr verlässliche Hinweise auf die Zustände, die an der Reifenkontaktfläche unterhalb dieses Stoßdämpfers herrschen. Sicherlich liefert es keinen Hinweis auf das Drehmoment an der Reifenkontaktfläche und noch weniger auf den Ort, an dem die Resultierende der Kraft auf die Reifenkontaktfläche wirkt. Es gibt Lageranordnungen, die die Verwendung von Dehnmessstreifen umfassen, um gewisse Informationen hinsichtlich unterschiedlicher Lagerbelastungen zu liefern. Beispielsweise verwendet ein Wälzlager, das in dem US-Patent 5,140,849 vom 25. August 1992 beschrieben ist, zwei Dehnmessstreifen, um die allgemeinen auf das Lager wirkenden Lasten zu überwachen. Dieses Lager ist jedoch nicht dazu in der Lage, die vielfältigen Daten zu liefern, die von fortgeschrittenen VDC-Elektroniksystemen oder von den prozessorgesteuerten Systemen in der Walzwerkindustrie oder der Werkzeugmaschinenindustrie benötigt werden. US-Patent 4,748,844 beschreibt eine Lasterfassungsvorrichtung, die eher die Automobilindustrie betrifft. Diese Vorrichtung besteht aus einer mehrkomponenten Lastzellenstruktur, die an der Nabe, an der ein Straßenrad montiert wird, befestigt ist, wobei die Lastzellenstruktur derart befestigt ist, dass sie zusammen mit dem Reifen des Rads rotiert. Während diese Vorrichtung einige Signalvorzüge aufweist, kann diese Vorrichtung nicht Signale bereitstellen, die sämtliche Lasten und Drehmomente anzeigt, die für die ordentliche Funktion eines fortgeschrittenen VDC-Elektroniksystems erforderlich sind. Insbesondere ordnet diese Vorrichtung alle ihrer Dehnmess streifen in lediglich einer Ebene an, die senkrecht zu der Drehachse des Rads verläuft. Als Folge hiervon sind die Signale der Dehmessstreifen dieser Vorrichtung nicht dazu geeignet, die Kräfte festzustellen, die ein Seitwärtsrutschen eines Fahrzeugs oder ein Umstürzen eines Fahrzeugs verursachen können.More advanced VDC systems also take into account estimated loads on the individual wheels during real-time analysis, trying to evaluate the conditions at the tire contact surfaces. However, when driving through a curve, each tire contact surface experiences forces and torques that can not be detected by simple analytical methods. Therefore, for example, the measurement of the deflection of a shock absorber piston does not provide very reliable indications of the conditions prevailing at the tire contact surface below this shock absorber. Certainly it gives no indication of the torque at the tire contact surface and even less on the location where the resultant of the force acts on the tire contact surface. There are bearing arrangements that involve the use of strain gauges to provide some information regarding different bearing loads. For example, a rolling bearing used in the U.S. Patent 5,140,849 of 25 August 1992 describes two strain gauges to monitor the general loads on the bearing. However, this bearing is unable to provide the diverse data required by advanced VDC electronics systems or by the processor-controlled systems in the rolling mill or machine tool industry. US Patent 4,748,844 describes a load sensing device that is more concerned with the automotive industry. This device consists of a multi-component load cell structure attached to the hub to which a road wheel is mounted, the load cell structure being fixed so as to rotate together with the tire of the wheel. While this device has some signal advantages, this device can not provide signals indicative of all the loads and torques required for the proper functioning of an advanced VDC electronic system. In particular, this device assigns all their Dehnmess strip in only one plane, which is perpendicular to the axis of rotation of the wheel. As a result, the signals of the measuring strips of this device are not capable of detecting the forces that can cause a side slipping of a vehicle or overturning of a vehicle.

Während die Automobilindustrie fortwährend elektronische Vorrichtungen entwickelt, die dem Fahrer durch unterschiedliche Kombinationen von Bremsbetätigung und fortwährender Fahrwerkseinstellung helfen, Kontrolle über sein Fahrzeug zu behalten, erfordern die weiter fortgeschrittenen dieser Systeme daher verlässliche Eingangssignale, die das gesamte Spektrum der Belastung widerspiegeln, die ein Hinweis auf die Lasten sind, die auf die Reifenkontaktfläche wirken.While the Automotive industry continually electronic Developed devices that provide the driver with different Combinations of brake application and more and more Suspension adjustment help to keep control over his vehicle Therefore, the more advanced of these systems require reliable ones Input signals that reflect the full range of stress that an indication of the loads acting on the tire contact surface.

US 4,821,582 beschreibt eine Reifentestvorrichtung, die zur Bestimmung der auf einen Reifen wirkenden Lasten verwendet wird. Die Vorrichtung weist ein Lager auf, das die Rotation eines Reifens um eine Achse ermöglicht, die sich durch einen Belastungsmesswandler erstreckt, der innere und äußere Gehäuse umfasst. Das Lager ist in dem inneren Gehäuse angeordnet, während das äußere Gehäuse mit einem Messgerättragarm verbunden ist. Die zwei Gehäuse sind über radial ausgerichtete Spinnen oder Scherträger miteinander verbunden. Diese Träger verbiegen sich und diese Eigenschaft wird von Dehnungsmessstreifen auf den Scherträgern erfasst. US 4,821,582 describes a tire testing device used to determine the loads on a tire. The apparatus includes a bearing that permits rotation of a tire about an axis that extends through a strain gauge transducer that includes inner and outer housings. The bearing is disposed in the inner housing while the outer housing is connected to a Meßgerättragarm. The two housings are connected to each other via radially oriented spiders or shear carriers. These beams bend and this property is detected by strain gauges on the shear beams.

Auf ähnliche Weise verwenden die Walzwerk- und Werkzeugmaschinen-Industrien unterschiedliche Arten von Prozesssteuerungen, die die Überwachung von Lasten auf Lagern erfordern. Im Speziellen erfordern Walzwerke Lagerrückmeldungen betreffend Anzeichen eines Antriebsriemenschlupfes an den Walzen oder Anzeichen, dass ein spezifischer Satz von Walzen höhere Belastungen erfährt. Computergesteuerte Werkzeugmaschinen müssen die Lasten, die ein eine Spindel tragendes Lager erfährt, überwachen, um zu beurteilen, ob Schneid- oder Bohrwerkzeuge stumpf geworden sind oder ob die Schneid- oder Bohrgeschwindigkeiten die für den Bearbeitungsvorgang vorgegebenen Grenzen überschreiten.On similar Way, the rolling mill and machine tool industries use different Types of process controls that control the monitoring of loads on warehouses require. In particular, rolling mills require bearing feedback concerning signs of drive belt slippage on the rollers or indications that a specific set of rolls is experiencing higher loads. computerized Machine tools need monitor the loads experienced by a spindle bearing bearing, to assess whether cutting or drilling tools have become dull or whether the cutting or drilling speeds are the same for the machining process exceed given limits.

Gemäß der vorliegenden Anmeldung ist eine Straßenradanordnung für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, wobei die Anordnung eine Komponente für das Aufhängungssystem des Kraftfahrzeugs, ein in Nachbarschaft zu der Aufhängungskomponente angeordnetes Straßenrad des Fahrzeugs und eine Lageranordnung, die das Straßenrad mit der Aufhängungskomponente verbindet, aufweist, um eine Rotation des Straßenrads um eine Achse zu ermöglichen und Lasten zwischen dem Straßenrad und der Aufhängungskomponente zu übertragen, wobei den Kontakt des Rads mit einer Straße reflektierende Kräfte erfasst werden, wobei die Lageranordnung umfasst:
eine Nabe, an der das Straßenrad befestigt ist, wobei die Nabe eine entlang ihrer Achse angeordnete Spindel aufweist,
erste und zweite innere, auf der Spindel der Nabe angeordnete Laufflächen, wobei die inneren Laufflächen nach außen, weg von der Achse weisen und bezüglich der Achse in entgegengesetzte Richtungen geneigt sind,
ein Gehäuse, das die inneren Laufflächen umschließt und in Umfangsrichtung und im Wesentlichen axial ausgerichtete Außen- und Innenflächen aufweist, die nach außen weg von und nach innen hin zu der Achse weisen, und einen Flansch, der nach außen weg von der in Umfangsrichtung und axial verlaufenden Außenfläche absteht, wobei das Gehäuse mit seinem Flansch an der Aufhängungskomponente befestigt ist und wobei die in Umfangsrichtung und axial verlaufenden Außen- und Innenflächen und der Flansch Sensorflächen am Gehäuse bilden,
erste und zweite äußere Laufflächen, die am Gehäuse vorgesehen und nach innen, zu der Achse und den inneren Laufflächen hingewandt sind, wobei die erste äußere Lauffläche zu der ersten inneren Lauffläche hingewandt und in die gleiche Richtung wie diese geneigt ist und die zweite äußere Lauffläche zu der zweiten inneren Lauffläche hingewandt und in die gleiche Richtung wie diese geneigt ist,
erste Wälzkörper, die in einer Reihe zwischen den ersten Laufflächen angeordnet sind und mit diesen in Berührung stehen, und zweite Wälzkörper, die in einer Reihe zwischen den zweiten Laufflächen angeordnet sind und mit diesen in Berührung stehen, wodurch die Nabe sich mit minimaler Reibung in dem Gehäuse drehen kann und die einzelnen Wälzkörper auf den Laufflächen abrollen, um zwischen dem Gehäuse und der Nabe radiale Lasten und in beide Axialrichtungen weisende Drucklasten zu übertragen und Spannungen in das Gehäuse zu leiten, die durch Verformungen der Sensorfläche reflektiert werden, und Dehnungsmessstreifen, die an mehreren Orten auf der Sensorfläche des Gehäuses angeordnet sind, wobei die Dehnungsmessstreifen derart ausgebildet und angeordnet sind, dass Dehnungen der Sensorfläche in Umfangs- und Axialrichtung erfasst werden.According to the present application, there is provided a road wheel assembly for a motor vehicle, the assembly comprising a component for the suspension system of the motor vehicle, a road wheel of the vehicle disposed adjacent to the suspension component, and a bearing assembly connecting the road wheel to the suspension component of the road wheel about an axis and to transfer loads between the road wheel and the suspension component, wherein the contact of the wheel with a road reflective forces are detected, the bearing assembly comprises:
a hub to which the road wheel is attached, the hub having a spindle arranged along its axis,
first and second inner raceways disposed on the spindle of the hub, the inner raceways facing outwardly away from the axle and inclined in opposite directions relative to the axle,
a housing enclosing the inner raceways and having circumferentially and substantially axially aligned outer and inner surfaces facing outwardly away from and inwardly toward the axis, and a flange extending outwardly away from the circumferentially and axially thereof extending outer surface, wherein the housing is fastened with its flange on the suspension component and wherein the circumferentially and axially extending outer and inner surfaces and the flange form sensor surfaces on the housing,
first and second outer raceways provided on the housing and facing inwardly toward the axle and the inner raceways, the first outer race being turned toward the first inner race and inclined in the same direction as the second outer race the second inner tread is turned and inclined in the same direction as this
first rolling elements arranged in a row between and in contact with the first raceway surfaces and second rolling elements arranged in series between and in contact with the second raceway surfaces, whereby the hub engages with minimal friction in the raceway Rotate the housing and roll the individual rolling elements on the running surfaces to transfer between the housing and the hub radial loads and pointing in both axial directions compressive loads and to conduct stresses in the housing, which are reflected by deformation of the sensor surface, and strain gauges on several locations on the sensor surface of the housing are arranged, wherein the strain gauges are formed and arranged such that strains of the sensor surface in the circumferential and axial direction are detected.

Zusätzliche Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.additional Features of the invention will become apparent from the dependent claims.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Straßenrads und zeigt mehrere auf dieses wirkende Kräfte und Drehmomente; 1 is a perspective view of a road wheel and shows several forces and torques acting on it;

2 ist eine Schnittansicht einer Lageranordnung, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist und ein Ausführungsbeispiel dieser darstellt; 2 Fig. 11 is a sectional view of a bearing assembly constructed in accordance with the present invention and illustrating an embodiment thereof;

3 ist eine Draufsicht auf eines der Sensormodule für die Lageranordnung; 3 is a plan view of one of the sensor modules for the bearing assembly;

4 ist eine Draufsicht auf einen Sensor für das Sensormodul der 3; 4 is a plan view of a sensor for the sensor module of 3 ;

5 ist eine perspektivische Ansicht des Gehäuses der Lageranordnung; 5 is a perspective view of the housing of the bearing assembly;

6 ist eine Stirnseitenansicht eines Gehäuses für eine abgeänderte Lageranordnung; 6 is an end view of a housing for a modified bearing assembly;

7 ist eine abgerollte Ansicht, die die Sensormodule der abgeänderten Lageranordnung in einer einzigen Ebene zeigt; und 7 Fig. 11 is an unrolled view showing the sensor modules of the modified bearing assembly in a single plane; and

8 ist eine Stirnseitenansicht eines Gehäuses für eine weitere abgeänderte Lageranordnung. 8th is an end view of a housing for a further modified bearing assembly.

Beste Art der Ausführung der ErfindungBest way of performing the invention

Bezug nehmend auf die Zeichnung erfährt ein Straßenrad W (1), welches ein Automobil auf einer Straßenoberfläche abstützt, mehrere Kräfte und Drehmomente, wenn das Rad W entlang der Straßenoberfläche rollt. Zunächst ist dies die Vertikalkraft Fv, die allgemein für das Gewicht des Fahrzeugs steht und jegliche Trägheitskräfte, die durch Unregelmäßigkeiten in der Straßenoberfläche und durch Bremsen erzeugt werden. Das Rad W erfährt auch horizontale Kräfte Fh, die allgemein in der Bewegungsrichtung des Rads wirken. Weiterhin gibt es Axiallasten Ft, welches axial ausgerichtete Kräfte sind, d. h. in der Richtung der Drehachse X. Dann gibt es das vertikale Drehmoment Tv, das heißt Drehmoment um eine Achse, die vertikal durch das Rad W tritt und das gelegentlich als Lenkmoment bezeichnet wird.Referring to the drawing, a road wheel W ( 1 ), which supports an automobile on a road surface, multiple forces and torques when the wheel W rolls along the road surface. First, this is the vertical force Fv, which generally stands for the weight of the vehicle and any inertial forces generated by irregularities in the road surface and by braking. The wheel W also experiences horizontal forces Fh acting generally in the direction of movement of the wheel. Further, there are axial loads Ft which are axially directed forces, that is, in the direction of the rotation axis X. Then, there is the vertical torque Tv, that is, torque about an axis that passes vertically through the wheel W and is sometimes referred to as a steering torque.

Schließlich gibt es ein horizontales Drehmoment Th, gelegentlich als Kippmoment bezeichnet, welches um eine Achse wirkt, die horizontal durch das Rad W in Fortbewegungsrichtung des Rads W wirkt. Das Rad W weist eine Felge 2 und einen auf der Felge 2 montierten Reifen 4 auf. Der Reifen 4 berührt die Straßenoberfläche entlang einer Reifenkontaktfläche 6, wo der Reifen 4 die Kräfte F und Drehmomente T erfährt. Die Größe der Kräfte und Drehmomente ist ein Hinweis auf die Zustände an der Reifenkontaktfläche 6 und, wenn zusammen mit anderen Umständen in Echtzeit ausgewertet, liefert eine gute Repräsentation der Fähigkeit des Fahrzeugs unter Kontrolle zu verbleiben, oder, andererseits, außer Kontrolle zu geraten.Finally, there is a horizontal torque Th, sometimes referred to as a tilting moment, which acts about an axis which acts horizontally through the wheel W in the direction of travel of the wheel W. The wheel W has a rim 2 and one on the rim 2 mounted tires 4 on. The mature 4 touches the road surface along a tire contact surface 6 where the tire 4 the forces F and torques T learns. The magnitude of the forces and torques is an indication of the conditions at the tire contact surface 6 and, when evaluated along with other circumstances in real time, provides a good representation of the vehicle's ability to remain under control, or otherwise, out of control.

Das Rad W ist mit einer Komponente C (2) des Aufhängungssystems des Fahrzeugs an einer Lageranordnung A verbunden, was es dem Rad W ermöglicht, um die Achse X zu rotieren, während Belastungen von dem Rad W auf die Komponente C des Aufhängungssystems übertragen werden. Typischerweise ist die Komponente C des Aufhängungssystems ein Achsschenkel. Die Lageranordnung A umfasst eine Nabe 12, an der das Rad W befestigt ist, ein Gehäuse 14, das an der Komponente C des Aufhängungssystems befestigt ist, und ein Lager 16, das zwischen der Nabe 12 und dem Gehäuse 14 angeordnet ist und es der Nabe 12 ermöglicht, an dem Gehäuse 14 mit minimaler Reibung zu rotieren. Zur Aufnahme des Gehäuses 14 ist die Komponente C des Aufhängungssystems mit einer Durchtrittsöffnung 18 und einer bearbeiteten Stirnfläche 20 versehen. Das Gehäuse 14 passt überwiegend teilweise in die Bohrung 18 und liegt an der Stirnfläche 20 an. Das Lager 16 ist innerhalb des Gehäuses 14 angeordnet. Die Nabe 12 erstreckt sich in das Lager 16 hinein, wo sie sowohl axial als auch radial festgelegt ist.The wheel W is provided with a component C ( 2 ) of the suspension system of the vehicle is connected to a bearing assembly A, which allows the wheel W to rotate about the axis X, while loads are transmitted from the wheel W to the component C of the suspension system. Typically, the component C of the suspension system is a steering knuckle. The bearing assembly A comprises a hub 12 to which the wheel W is attached, a housing 14 , which is attached to the component C of the suspension system, and a bearing 16 that between the hub 12 and the housing 14 is arranged and it is the hub 12 allows to the case 14 to rotate with minimal friction. For receiving the housing 14 is the component C of the suspension system with a passage opening 18 and a machined end face 20 Mistake. The housing 14 fits mostly partially in the hole 18 and lies on the face 20 at. The warehouse 16 is inside the case 14 arranged. The hub 12 extends into the camp 16 into where it is fixed both axially and radially.

Im Einzelnen umfasst die Nabe 12 einen Flansch 26 und eine Hohlspindel 28, die von dem Flansch 26 an einer Schulter 30, die sich an der hinteren Stirnfläche des Flansches 26 befindet, übersteht. Außerhalb der Schulter 30 ist der Flansch 26 mit Radbolzen 32 versehen, die axial von seiner anderen Stirnfläche abstehen und durch die Felge 2 des Straßenrads W hindurch treten. Jenseits des Rads W sind Radmuttern 34 auf die Bolzen 32 aufgeschraubt, um das Rad W an der Nabe 12 zu befestigen.In detail, the hub includes 12 a flange 26 and a hollow spindle 28 coming from the flange 26 on a shoulder 30 that attach to the rear face of the flange 26 is, survives. Outside the shoulder 30 is the flange 26 with wheel bolts 32 provided, which protrude axially from its other end face and through the rim 2 of the road wheel W pass through. Beyond the wheel W are lug nuts 34 on the bolts 32 unscrewed to the wheel W at the hub 12 to fix.

An ihrem dem Flansch 26 gegenüberliegenden Ende ist die Spindel 28 gestaucht, das heißt nach außen verformt, wobei ein geformtes Ende 36 mit einer Anschlagsfläche 38 gebildet wird, die senkrecht zu der Achse X verläuft und der Schulter 30 zugewandt ist. Das Lager 16 ist zwischen der Schulter 30 an dem Flansch 26 und der Stirnfläche 38 des geformten Endes 36 eingefangen.At her the flange 26 opposite end is the spindle 28 compressed, that is deformed outwards, with a shaped end 36 with a stop surface 38 is formed, which is perpendicular to the axis X and the shoulder 30 is facing. The warehouse 16 is between the shoulder 30 on the flange 26 and the face 38 the shaped end 36 captured.

Das Lager 16 weist einen inneren Lagerring in Form zweier Konusse 40 auf, die um die Spindel 28 passen, wobei zwischen jedem Konus 40 und der Spindel 28 ein Presssitz gegeben ist. Jeder Konus 40 weist eine konische Lauffläche 42 auf, die nach außen, weg von der Achse X gerichtet ist, eine Anschlagrippe 44 am großen Ende ihrer Lauffläche 42 und eine rückseitige Stirnfläche 46, die am Ende der Anschlagrippe 44 senkrecht bezüglich der Achse X angeordnet ist. Der innen liegende Konus 40 ist geringfügig länger als der außen liegende Konus 40, aufgrund einer zylindrischen Konusverlängerung 48, die über das kleine Ende seiner Lauffläche 42 übersteht. Die Konusverlängerung 48 kann als Sitz für ein Zielrad dienen, das von einem Geschwindigkeitssensor in dem Gehäuse 14 überwacht wird. Der innen liegende Konus 40 liegt mit seiner Konusverlängerung 48 an dem kleinen Ende des außen liegenden Konus 40 entlang der Spindel 28 an, das heißt die zwei Konusse 40 liegen mit ihren vorderen Stirnseiten aneinander an. Die rückwärtige Stirnfläche 46 des außen liegenden Konus 40 liegt an der Schulter 30 an, die sich entlang dem Flansch 26 erstreckt, während die rückwärtige Stirnfläche 46 des innen liegenden Konus 40 an der Stirnfläche 38 des formten Endes 36 anliegt.The warehouse 16 has an inner bearing ring in the form of two cones 40 on, around the spindle 28 fit, being between each cone 40 and the spindle 28 a press fit is given. Every cone 40 has a conical tread 42 on, which is directed outward, away from the axis X, on shock rib 44 at the big end of her tread 42 and a back face 46 at the end of the stopper rib 44 is arranged perpendicular to the axis X. The inner cone 40 is slightly longer than the outer cone 40 , due to a cylindrical taper extension 48 that over the little end of his tread 42 survives. The cone extension 48 may serve as a seat for a target wheel that is from a speed sensor in the housing 14 is monitored. The inner cone 40 lies with his cone extension 48 at the small end of the outer cone 40 along the spindle 28 on, that is the two cones 40 lie with their front ends together. The rear face 46 of the outer cone 40 is on the shoulder 30 on, extending along the flange 26 extends while the rear end face 46 of the inner cone 40 at the frontal area 38 of the molded end 36 is applied.

Zusätzlich zu den Konussen 40 weist das Lager 16 konische Wälzkörper 54 auf, die in zwei Reihen angeordnet sind, wobei eine separate Reihe um je den Konus 40 herum angeordnet ist. Tatsächlich sind die Wälzkörper 54 um die Laufflächen 42 der Konusse 40 herum angeordnet, wobei ein im Wesentlichen linienförmiger Kontakt zwischen den konischen Mantelflächen der Wälzkörper 54 und den Laufflächen 42 besteht. Die großen Stirnflächen der Wälzkörper 54 liegen an den Anschlagrippen 46 an. Die Wälzkörper 54 einer jeden Reihe befinden sich im Wesentlichen in einer Scheitelpunktlage, das heißt dass die Einhüllenden ihre konischen Mantelflächen ihre Scheitelpunkte an einem gemeinsamen Punkt entlang der Achse X aufweisen. Jede Reihe der Wälzkörper 54 weist einen Käfig 56 auf, um den erforderlichen Abstand zwischen den Wälzkörpern 54 dieser Reihe aufrecht zu erhalten.In addition to the cones 40 has the warehouse 16 conical rolling elements 54 on, which are arranged in two rows, with a separate row around the cone 40 is arranged around. In fact, the rolling elements 54 around the treads 42 the cone 40 arranged around, wherein a substantially line-shaped contact between the conical lateral surfaces of the rolling elements 54 and the treads 42 consists. The large faces of the rolling elements 54 lie at the stop ribs 46 at. The rolling elements 54 of each row are substantially in a vertex position, that is to say that the envelopes have their conical lateral surfaces their vertices at a common point along the axis X. Each row of rolling elements 54 has a cage 56 on to the required distance between the rolling elements 54 to maintain this series.

Das Gehäuse 14 umgibt die Spindel 28 sowie die zwei Konusse 40 und die zwei Reihen Wälzkörper 54. Es bildet einen Teil des Lagers 16, indem es konische Laufflächen 58 aufweist, die nach innen in Richtung der Achse X gewandt sind. In diesem Sinne bildet das Gehäuse 14 den äußeren Lagerring des Lagers 16. Die Laufflächen 58 am Gehäuse 14 verjüngen sich abwärts in Richtung einer zylindrischen Zwischenfläche 59, die sie voneinander trennt. Die Wälzkörper 54 liegen ebenfalls an den Laufflächen 58 des Gehäuses 14 an, wobei ein im Wesentlichen linienförmiger Kontakt zwischen den Laufflächen 58 und den konischen Mantelflächen der Wälzkörper 54 besteht. An ihren großen Enden münden die Laufflächen 58 in kurze Endbohrungen 60, in denen sich die Anschlagrippen 44 der zwei Konusse 40 befinden. Somit weist jedes Ende des Lagers 16 einen ringförmigen Raum auf, wobei sich der Raum zwischen der Anschlagrippe 44 an diesem Ende und der umgebenden Oberfläche der Endbohrung 60 erstreckt.The housing 14 surrounds the spindle 28 as well as the two cones 40 and the two rows of rolling elements 54 , It forms part of the camp 16 by making conical treads 58 which are turned inwardly in the direction of the axis X. In this sense, the housing forms 14 the outer bearing ring of the bearing 16 , The treads 58 on the housing 14 taper downwards towards a cylindrical interface 59 that separates them from each other. The rolling elements 54 are also on the treads 58 of the housing 14 at, wherein a substantially line-shaped contact between the treads 58 and the conical lateral surfaces of the rolling elements 54 consists. At their large ends open the treads 58 in short end holes 60 in which are the stop ribs 44 the two cones 40 are located. Thus, each end of the bearing points 16 an annular space, wherein the space between the stop rib 44 at this end and the surrounding surface of the end hole 60 extends.

Das Gehäuse 14 weist eine Außenfläche 62 auf, die im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist, sowie einen dreieckigen oder rechteckigen Flansch 64, der über die Fläche 62 etwa auf halbem Weg zwischen ihren Enden übersteht. In dem Bereich hinter dem Flansch 64 beträgt der Durchmesser der Fläche 62 etwas weniger als der Durchmesser der Durchtrittsöffnung 18 in der Komponente C des Aufhängungssystems. Diese Partie des Gehäuses 14 passt mit etwas Spiel in die Bohrung 18, während die hintere Stirnfläche des Flansches 64 an der Stirnfläche 20 der Komponente C anliegt. Das Gehäuse 14 ist mit der Komponente C mittels Bolzen 66, die durch letztere hindurchtreten und in den Flansch 64 an der ersteren einschraubbar sind, fest verbunden.The housing 14 has an outer surface 62 on, which is formed substantially cylindrical, and a triangular or rectangular flange 64 that over the area 62 about half way between their ends. In the area behind the flange 64 is the diameter of the surface 62 a little less than the diameter of the passage opening 18 in component C of the suspension system. This game of the case 14 fits in the hole with some play 18 while the rear face of the flange 64 at the frontal area 20 the component C is present. The housing 14 is with the component C by means of bolts 66 passing through the latter and into the flange 64 are screwed to the former, firmly connected.

Die ringförmigen Räume an den Enden des Lagers 16 sind mit Dichtungen 68 verschlossen, die in die Endbohrungen 60 des Gehäuses 14 und um die Anschlagrippen 44 der Konusse 40 herum passen. US-Patent 5,022,659 beschreibt geeignete Dichtungen für beide Orte.The annular spaces at the ends of the camp 16 are with seals 68 closed in the final wells 60 of the housing 14 and around the stop ribs 44 the cone 40 fit around. U.S. Patent 5,022,659 describes suitable seals for both places.

Das geformte Ende 36 vereinheitlicht die Anordnung A. Jedoch weist die Nabe 12 nicht immer das geformte Ende 36 auf. Ursprünglich erstreckt sich die Spindel 28 der Nabe 12 in Form einer zylindrischen Fläche von der Schulter 30 bis hin zu ihrem freien Ende. Die zwei Konusse 40 mit ihren Wälzkörpern 54 und mit dem zwischen den Wälzkörpern 54 der zwei Reihen eingeschlossenen Gehäuse 14 werden über die zylindrische Fläche der Spindel 28 montiert und soweit vorgeschoben, bis die hintere Stirnfläche 46 des außen liegenden Konus 40 an der Schulter 30 am anderen Ende der Spindel 28 anliegt. Wenn sich die Konusse 40 in dieser Stellung befinden, ragt eine Partie der Spindel 28 über die hintere Stirnfläche 46 des innen liegenden Konus 40 über. Diese Partie wird in das geformte Ende 36 umgeformt. Die PCT-Anmeldung GB 98/01823 (internationale Veröffentlichung Nr. WO98/58762 ) beschreibt ein Drehumformverfahren zum Stauchen des zunächst geraden Endes der Spindel 28 und Umwandlung dieses Endes in das integral geformte Ende 36, was im Ergebnis die Vereinheitlichung der gesamten Anordnung A bewirkt.The shaped end 36 unifies the arrangement A. However, the hub points 12 not always the shaped end 36 on. Originally the spindle extends 28 the hub 12 in the form of a cylindrical surface of the shoulder 30 to their free end. The two cones 40 with their rolling elements 54 and with the between the rolling elements 54 the two rows enclosed housing 14 be over the cylindrical surface of the spindle 28 mounted and pushed forward until the rear end face 46 of the outer cone 40 on the shoulder 30 at the other end of the spindle 28 is applied. When the cones 40 in this position, a lot of spindle protrudes 28 over the rear end face 46 of the inner cone 40 above. This lot will be in the molded end 36 reshaped. The PCT application GB 98/01823 (International Publication No. WO98 / 58762 ) describes a rotary forming method for upsetting the initially straight end of the spindle 28 and converting that end into the integrally molded end 36 , which results in the unification of the entire arrangement A as a result.

Die zwei Konusse 40 können auch auf andere Weise auf der Spindel 28 gesichert werden. Beispielsweise kann das Ende der Spindel 28 ein Gewinde aufweisen und eine Mutter, die in das Gewinde eingreift und gegen die hintere Stirnfläche 46 des innen liegenden Konus 40 verschraubt wird.The two cones 40 can also do otherwise on the spindle 28 be secured. For example, the end of the spindle 28 have a thread and a nut which engages in the thread and against the rear end face 46 of the inner cone 40 is screwed.

Wenn die Anordnung A derart vereinheitlicht ist, befindet sich das Lager 16 in einem Zustand leichter Vorspannung. Tatsächlich bestimmt der Abstand zwischen den inneren Laufflächen 42 der Konusse 40 die Einstellung des Lagers 16, und dieser Abstand hängt von der Länge der Konusverlängerung 48 des innen liegenden Konus 40 ab, insofern als das Drehumformverfahren, welches das geformte Ende 46 herstellt, den innen liegenden Konus 40 mit hinreichender Kraft gegen den außen liegenden Konus 40 treibt, um ein Anschlagen der Konusverlängerung 48 an dem Ersteren an dem kleinen Ende des Letzteren zu bewirken. Eine auf die Spindel 28 aufgeschraubte Mutter, die fest gegen die hintere Stirnfläche 46 des innen liegenden Konus 40 geschraubt ist, wird die gleiche Wirkung haben.When the assembly A is so unified, the bearing is located 16 in a condition of slight preload. In fact, the distance between the inner treads determines 42 the cone 40 the attitude of the camp 16 , and this distance depends on the length of the cone extensions tion 48 of the inner cone 40 insofar as the turning forming process, which is the shaped end 46 produces the inner cone 40 with sufficient force against the outer cone 40 drives to stop the cone extension 48 to effect on the former at the small end of the latter. One on the spindle 28 screwed nut firmly against the rear face 46 of the inner cone 40 screwed, will have the same effect.

Die Kräfte Fv, Fh und Ft und die Drehmomente Tv und Th, die auf das Rad W wirken, spiegeln die Zustände an der Reifenkontaktfläche 6 wider. Beispielsweise bedeutet eine äußere Druckbelastung Ft von Null die Bewegung entlang einer geraden Linie und wird für etwas mehr als die Vorspannung des Lagers 16 stehen. Andererseits wird eine größere, unausgeglichene Belastung Ft, das heißt mehr in einer Richtung als in der anderen, eine Kurvenfahrt oder möglicherweise eine signifikante Neigung des Fahrzeugs zu einer Seite oder der anderen anzeigen. Eine Erhöhung der Vertikalkraft Fv wird eine Kurvenfahrt oder die Anwendung der Bremsen anzeigen, wenn das Rad W sich vorne am Fahrzeug befindet.The forces Fv, Fh and Ft and the torques Tv and Th acting on the wheel W reflect the conditions on the tire contact surface 6 contrary. For example, an external compression load Ft of zero means movement along a straight line and will be for slightly more than the preload of the bearing 16 stand. On the other hand, a larger, unbalanced load Ft, that is more in one direction than the other, will indicate cornering or possibly significant tilt of the vehicle to one side or the other. Increasing the vertical force Fv will indicate cornering or the application of the brakes when the wheel W is at the front of the vehicle.

Die Kräfte Fv, Fh und Ft und die Drehmomente Tv und Th, die das Rad W erfährt, werden auf die Komponente C des Aufhängungssystems durch die Lageranordnung A übertragen, so dass die Lageranordnung A diese Kräfte F und Drehmomente T ebenfalls erfährt. Die Kräfte F und Drehmomente T drücken sich durch geringfügigste Ausdehnungen und Stauchungen des Gehäuses 14 aus, und diese geringfügigsten Ausdehnungen und Stauchungen werden von Sensormodulen M (5) erfasst, welche an der äußeren Fläche 62 des Gehäuses 14 unmittelbar außerhalb der beiden Laufflächen 58 angeordnet sind. Tatsächlich übertragen die konischen Wälzkörper 54 die Kräfte F und Drehmomente T von den Konussen 40 des Gehäuses 14 und übertragen die Ausdehnungen und Stauchungen in dem Lager 16 während sie entlang der Laufflächen 58 abrollen. Diese Ausdehnungen und Stauchungen werden auf die äußere Fläche 62 übertragen und zu den Orten der Sensoren M entlang dieser Fläche 62.The forces Fv, Fh and Ft and the torques Tv and Th experienced by the wheel W are transmitted to the component C of the suspension system by the bearing assembly A, so that the bearing assembly A also experiences these forces F and torques T. The forces F and torques T are expressed by slightest expansions and compressions of the housing 14 and these minor expansions and compressions are produced by sensor modules M (FIG. 5 ), which are on the outer surface 62 of the housing 14 immediately outside the two treads 58 are arranged. In fact, the conical rolling elements transmit 54 the forces F and torques T of the cones 40 of the housing 14 and transmit the expansions and compressions in the bearing 16 while she walks along the treads 58 roll. These expansions and compressions are on the outer surface 62 transmitted and to the locations of the sensors M along this surface 62 ,

In einem Ausführungsbeispiel umfasst jedes Sensormodul M (3 und 4) einen Dehnungsmessstreifen 70, der im Wesentlichen aus einer Trägermatrix 72 und zwei Folienwiderstandselementen 74 und 76 besteht. Es sollte erwähnt werden, dass, während die Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels die Verwendung von gebundenen Widerstandsdehnmessstreifen beschreibt, die über sich verändernde Widerstandswerte funktionieren, andere Arten von Stresssensoren, wie beispielsweise mechanische Sensoren, fotoelektrische Sensoren, optische Sensoren, kapazitive Sensoren, induktive Sensoren und Halbleiter-Sensoren ebenso geeignet sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Trägermatrix 72 jedoch aus einem geeigneten Polymer gebildet, wie beispielsweise einem Polyimid, das seinerseits in der Lage ist, sich zusammen mit dem Gehäuse 14 auszudehnen und zu kontrahieren. Es ist mittels eines geeigneten Klebstoffs mit der äußeren Fläche des Gehäuses 14 verbunden. Jedes Folienwiderstandselement 74 und 76 ist aus einer geeigneten Metallfolie gebildet, wie beispielsweise Konstantan-Folie, die mit der Trägermatrix 72 verbunden ist, so dass sie die gleichen Ausdehnungen und Kontrahierungen wie die Matrix 72 erfährt. Jedes Widerstandselement 74 und 76 weist mehrere parallele Schenkel 78 und Endschleifen 80 auf, die die Enden der benachbarten Schenkel 78 miteinander verbinden. Die äußersten Schenkel 78 werden an Kontaktfeldern 82 terminiert. Die Elemente 74 und 76 sind, auch wenn sich beide auf der Matrix 72 befinden, voneinander elektrisch isoliert. Weiterhin sind die Schenkel 78 des Elements 74 in einem Winkel von 90° zu den Schenkeln 78 des Elements 76 angeordnet. Der Widerstand eines jeden Schenkels 78 verändert sich, wenn er die Ausdehnungen und Kontrahierungen durchführt, die die Trägermatrix 72 erfährt, und der Widerstand eines jeden Elements 74 und 76 erfährt eine noch größere Veränderung des Widerstands, insofern als es aus einer Vielzahl von in Serie geschalteten Schenkeln 78 besteht. Die Matrix 72 isoliert die Elemente 74 und 76 elektrisch von dem Metallgehäuse 14, jedoch überträgt sie die geringfügigen Ausdehnungen und Kontrahierungen des Gehäuses 14 auf die Schenkel 78 der Elemente 74 und 76.In one embodiment, each sensor module M ( 3 and 4 ) a strain gauge 70 consisting essentially of a carrier matrix 72 and two foil resistor elements 74 and 76 consists. It should be noted that while the description of this embodiment describes the use of bonded resistance strain gauges operating over varying resistance values, other types of stress sensors, such as mechanical sensors, photoelectric sensors, optical sensors, capacitive sensors, inductive sensors and semiconductor Sensors are equally suitable. In this embodiment, the carrier matrix is 72 however, formed from a suitable polymer, such as a polyimide, which in turn is capable of coextensive with the housing 14 to expand and contract. It is by means of a suitable adhesive with the outer surface of the housing 14 connected. Each foil resistance element 74 and 76 is formed from a suitable metal foil, such as a constantan foil, which is in contact with the carrier matrix 72 is connected so that they have the same expansions and contractions as the matrix 72 experiences. Every resistance element 74 and 76 has several parallel legs 78 and finish grinding 80 on top of the ends of the adjacent thighs 78 connect with each other. The outermost thighs 78 become on contact fields 82 terminated. The Elements 74 and 76 are, even if both are on the matrix 72 are electrically isolated from each other. Furthermore, the thighs 78 of the element 74 at an angle of 90 ° to the thighs 78 of the element 76 arranged. The resistance of each thigh 78 changes as it performs the expansions and contractions that make up the carrier matrix 72 experiences, and the resistance of each element 74 and 76 undergoes an even greater change in resistance, insofar as it is made up of a large number of legs connected in series 78 consists. The matrix 72 isolated the elements 74 and 76 electrically from the metal housing 14 However, it transmits the slight expansions and contractions of the housing 14 on the thighs 78 of the elements 74 and 76 ,

Zusätzlich zu seinem Sensor 70 weist jedes Sensormodul M einen Temperaturkompensator 84 und einen Anschlussblock 86 auf. Der Temperaturkompensator 84 sollte mit der gleichen Temperatur wie der Sensor 70 arbeiten, und zu diesem Zweck sollte er an dem Gehäuse 14 neben dem Sensor 70 angeordnet sein, sogar auf der Trägermatrix 72 des Sensors 70. In diesem Zusammenhang verändern sich die Widerstände der Widerstandselemente 74 und 76 nicht nur mit den Ausdehnungen und Kontrahierungen der Matrix 72, sondern auch mit der Temperatur. Der Temperaturkompensator 84 ist mit den Widerstandselementen 74 und 76 verbunden, entweder durch einen Brückenschaltkreis oder durch einen Prozessor, so dass er die Veränderungen der Widerstände der Elemente 74 und 76 aufgrund von Temperaturveränderungen kompensiert oder ausgleicht. Somit spiegeln die von den Widerstandselementen 74 und 76 gewonnenen Signale ausschließlich Veränderungen des Stresses wider. Der Anschlussblock 86 enthält Anschlüsse 88, mit denen die Kontaktfelder 82 der Widerstandselemente 74 und 76 verbunden sind und mit denen der Temperaturkompensator 84 ebenfalls verbunden ist, all diese über Leitungen. Die Anschlüsse 88 sind wiederum mit einem Prozessor zur Auswertung und Verarbeitung der von den Widerstandselementen 74 und 76 und des Temperaturkompensators 84 erzeugten Signale verbunden.In addition to his sensor 70 each sensor module M has a temperature compensator 84 and a terminal block 86 on. The temperature compensator 84 should be at the same temperature as the sensor 70 work, and for this purpose he should be on the case 14 next to the sensor 70 be arranged, even on the carrier matrix 72 of the sensor 70 , In this context, the resistances of the resistive elements change 74 and 76 not only with the expansions and contractions of the matrix 72 but also with the temperature. The temperature compensator 84 is with the resistance elements 74 and 76 connected, either by a bridge circuit or by a processor, so that it changes the resistances of the elements 74 and 76 compensated or compensated due to temperature changes. Thus, those of the resistive elements reflect 74 and 76 obtained signals exclusively reflect changes in stress. The connection block 86 contains connections 88 with which the contact fields 82 the resistance elements 74 and 76 are connected and with which the temperature compensator 84 also connected, all these via lines. The connections 88 are in turn with a processor for evaluation and processing of the resistance elements 74 and 76 and the temperature compensator 84 connected signals.

Vier Sensormodule M sind mit der Außenfläche 62 des Gehäuses 14 radial außerhalb der außen liegenden Fläche 58 in Winkelabständen von 90° angeordnet, vergleiche 5, wobei sich eines mit seinem Sensor 70 im oberen Scheitelpunkt der Fläche 62 befindet, ein weiteres mit seinem Sensor 70 unten an der Fläche 62 und die zwei weiteren mit ihren Sensoren 70 an den Seiten der Fläche 62 befinden. Die verbleibenden vier Sensormodule M sind ebenfalls an der Außenfläche 62 befestigt, jedoch befinden sich diese radial außerhalb der innen liegenden Lauffläche 58. Diese sind ebenfalls in 90° Winkelabständen angeordnet, mit ihren Sensoren 70 oben, unten und an den Seiten der Fläche 62. In anderen Worten sind die Sensoren 70 in zwei Reihen angeordnet, wobei sich die Sensoren in jeder Reihe bei 0°, 90°, 180° und 270° befinden, wobei 0° den oberen Scheitelpunkt bezeichnet. In jedem der Sensoren 70 der acht Module M erstrecken sich die Schenkel 78 des Widerstandselements 74 dieses Sensors 70 in Umfangsrichtung, während sich die Schenkel 78 des Elements 76 axial erstrecken.Four sensor modules M are with the outer surface 62 of the housing 14 radially outside the outer surface 58 arranged at angular intervals of 90 °, see 5 , one being with his sensor 70 in the upper vertex of the area 62 another, with his sensor 70 down at the surface 62 and the other two with their sensors 70 on the sides of the surface 62 are located. The remaining four sensor modules M are also on the outer surface 62 attached, but these are located radially outside the inner tread 58 , These are also arranged at 90 ° angular intervals, with their sensors 70 above, below and on the sides of the surface 62 , In other words, the sensors 70 arranged in two rows, with the sensors in each row being at 0 °, 90 °, 180 ° and 270 °, where 0 ° denotes the top vertex. In each of the sensors 70 The eight modules M extend the legs 78 of the resistance element 74 this sensor 70 in the circumferential direction, while the legs 78 of the element 76 extend axially.

Wenn das Straßenrad W über eine Straßenfläche rollt und die Komponente C des Aufhängungssystems mit sich trägt – so wie auch das gesamte Fahrzeug, dessen Teil die Komponente C ist – rotiert die Spindel 28 der Nabe 12 in dem Gehäuse 14. Die Konusse 40 des Lagers 16, die auf die Spindel 28 aufgepresst sind, rotieren ebenfalls. Die konischen Wälzkörper 54 der außen liegenden Reihe rollen auf der Lauffläche 42 des außen liegenden Konus 40 ab und auf der außen liegenden Lauffläche 58 des Gehäuses 14. Die konischen Wälzkörper 54 der inneren Reihe rollen auf der Lauffläche 42 des innen liegenden Konus 40 und der innen liegenden Lauffläche 58 des Gehäuses 16 ab. Während die Wälzkörper 54 zwischen ihren zugehörigen Laufflächen 42 und 58 abrollen, übertragen sie radiale Lasten zwischen den Konussen 40 und dem Gehäuse 14. Die radiale Last, die von irgendeinem Wälzkörper 54 auf die äußere Lauffläche 58 übertragen wird, entlang welcher er abrollt, bewirkt eine sehr geringe Verbiegung des Gehäuses 14, und diese Verbiegung wird, obwohl sie an der Lauffläche 58 auftritt, durch das Gehäuse 14 auf die äußere Fläche 62 übertragen und manifestiert sich als eine geringfügige Umfangsverlängerung und, etwas geringer, Axialverlängerung der Fläche 62 radial außerhalb der Kontaktlinie zwischen dem Wälzkörper 54 und der Lauffläche 58. Somit wird jedes Mal wenn ein belasteter Wälzkörper 58 zwischen einem Sensor 70 und der Achse X hindurch tritt die entlang seiner Lauffläche 58 auftretende Verformung auf die äußere Fläche 62 bei dem Sensor 70 übertragen, wo sie die parallelen Schenkel 78 der Widerstandselemente 74 des Sensors 70 dehnt und den Widerstand des Widerstandselements 76 erhöht. Die Größe der Veränderung des Widerstands hängt von der Belastung ab, da ein Wälzkörper, der mit einer großen Kraft gegen seine Lauffläche 58 gedrückt wird, eine größere Verformung erzeugen wird als einer, der mit einer geringeren Kraft gegen die Lauffläche drückt. Durch einen Vergleich der Verformung – und damit der Wälzkörperlasten –, die durch die Signale der Sensoren 70 wiedergegeben werden, können die Zustände an der Reifenkontaktfläche 6 in Echtzeit bestimmt werden.When the road wheel W rolls over a road surface and the component C of the suspension system carries with it - as well as the entire vehicle whose part is the component C - rotates the spindle 28 the hub 12 in the case 14 , The cones 40 of the camp 16 on the spindle 28 are pressed, also rotate. The conical rolling elements 54 the outside row roll on the tread 42 of the outer cone 40 off and on the outside tread 58 of the housing 14 , The conical rolling elements 54 the inner row roll on the tread 42 of the inner cone 40 and the inside tread 58 of the housing 16 from. While the rolling elements 54 between their associated treads 42 and 58 unroll, transfer radial loads between the cones 40 and the housing 14 , The radial load coming from any rolling element 54 on the outer tread 58 is transmitted along which it rolls, causes a very small deflection of the housing 14 , and this bender will, though she is at the tread 58 occurs through the housing 14 on the outer surface 62 translates and manifests itself as a slight circumferential extension and, somewhat less, axial extension of the surface 62 radially outside the line of contact between the rolling elements 54 and the tread 58 , Thus, every time a loaded rolling element becomes 58 between a sensor 70 and the axis X passes along its tread 58 occurring deformation on the outer surface 62 at the sensor 70 transfer where they have the parallel legs 78 the resistance elements 74 of the sensor 70 stretches and the resistance of the resistance element 76 elevated. The magnitude of the change in resistance depends on the load, since a rolling element with a large force against its tread 58 is pressed, will produce a greater deformation than one which presses with a lesser force against the tread. By comparing the deformation - and thus the Wälzkörperlasten - by the signals of the sensors 70 can be reproduced, the conditions at the tire contact surface 6 be determined in real time.

Eine abgewandelte Lageranordnung B (6) stimmt mit der Lageranordnung A in jeder Hinsicht überein, außer der Anordnung der Sensormodule M. Bei dem Lager B sind die acht Sensormodule M an dem Flansch 64 des Gehäuses 16 in der Nähe der Außenfläche 62 befestigt, wo sie in einer einzigen Reihe an der nach außen weisenden Fläche des Flansches 64 angeordnet sind. Vier der Sensormodule M haben ihre Sensoren 70 in Winkelabständen von 90° um den Flansch herum angeordnet, wobei sich einer dieser Sensoren oben an dem Flansch 64 befindet, ein weiterer unten an dem Flansch 64 und die verbleibenden zwei an den Seiten des Flansches 64 – in anderen Worten bei 0°, 90°, 180° und 270° (7). Bei diesen Sensoren 70 erstrecken sich die Schenkel 78 ihrer Widerstandselemente 74 in Umfangsrichtung und die Schenkel 78 erstrecken sich parallel zu den Hauptachsen der Sensoren 70.A modified bearing arrangement B ( 6 ) agrees with the bearing assembly A in all respects except for the arrangement of the sensor modules M. In the bearing B, the eight sensor modules M are on the flange 64 of the housing 16 near the outer surface 62 fastened where they are in a single row on the outward-facing surface of the flange 64 are arranged. Four of the sensor modules M have their sensors 70 arranged at angular intervals of 90 ° around the flange, with one of these sensors at the top of the flange 64 Another one is at the bottom of the flange 64 and the remaining two on the sides of the flange 64 In other words at 0 °, 90 °, 180 ° and 270 ° ( 7 ). With these sensors 70 The thighs extend 78 their resistance elements 74 in the circumferential direction and the legs 78 extend parallel to the main axes of the sensors 70 ,

Bei einem Straßenrad W auf einer Nabe 12, die an ihrer Spindel 28 angetrieben wird, sind die verbleibenden vier Sensormodule M mit den Schenkeln 78 der Widerstandselement 74 und 76 ihrer Sensoren 70 in einen Winkel von 45° zu der Umfangsrichtung angeordnet. Eines dieser zusätzlichen Sensormodule M hat seinen Sensor 70 65° hinter dem Sensor 70 oben an dem Flansch 64 angeordnet, das heißt 65° hinter dem oberen Mittelpunkt (7). Ein weiterer der vier verbleibenden Sensormodule M hat seinen Sensor 70 25° vor dem oberen Mittelpunkt angeordnet, während noch ein weiteres seinen Sensor 70 65° vor dem oberen Mittelpunkt angeordnet hat. Noch ein weiteres hat seinen Sensor 70 155° vor dem oberen Mittelpunkt angeordnet. Die vier verbleibenden Sensoren 70, das heißt diejenigen, deren Schenkel 78 der Widerstandselemente 45° zu der Umfangsrichtung angeordnet sind, messen Scherkräfte innerhalb des Gehäuses 14.At a road wheel W on a hub 12 at her spindle 28 is driven, the remaining four sensor modules M are with the legs 78 the resistance element 74 and 76 their sensors 70 arranged at an angle of 45 ° to the circumferential direction. One of these additional sensor modules M has its sensor 70 65 ° behind the sensor 70 at the top of the flange 64 arranged, ie 65 ° behind the upper center ( 7 ). Another of the four remaining sensor modules M has its sensor 70 25 ° before the upper center, while still another sensor 70 65 ° before the upper center has arranged. Yet another one has his sensor 70 155 ° before the upper center. The four remaining sensors 70 that is, those whose thighs 78 the resistance elements are arranged 45 ° to the circumferential direction, measure shear forces within the housing 14 ,

Eine weitere abgewandelte Lageranordnung C (8) stimmt ebenfalls in jeder Hinsicht mit der Lageranordnung A überein, abgesehen von der Anordnung der Sensoren 70 der acht Sensormodule M. Bei der Lageranordnung C sind die Sensormodule M entlang der Zwischenfläche 59, die sich zwischen den zwei Laufflächen 58 des Gehäuses 14 befindet, angeordnet und an dieser befestigt. Vier der Sensormodule M weisen ihre Sensoren 70 bei 0°, 90°, 180° und 270° entlang der Fläche 59 auf, wobei sich der Scheitelpunkt der Fläche 59 bei 0° befindet. Bei diesen Sensoren 70 erstrecken sich die Schenkel 78 ihrer Widerstandselemente 74 in Umfangsrichtung und die Schenkel 78 ihrer Widerstandselemente 76 erstrecken sich axial. Die verbleibenden vier Sensormodule M haben ihre Sensoren 70 bei 25°, 65°, 155° und 295° bezüglich des oberen Scheitelpunkts angeordnet, gemessen in Vorwärts- und dann Umfangsrichtung. Die Schenkel 78 der Widerstandselemente 74 und 76 der verbleibenden Sensoren 70 sind 45° bezüglich der Umfangsrichtung angeordnet und ebenfalls 45° bezüglich der Axialrichtung. Kurz gesagt, entspricht die Anordnung der Sensoren 70 entlang der Zwischenfläche 59 der Anordnung der Sensoren 70 entlang des Flansches 64 der Lageranordnung B, und im Wesentlichen trifft dies auch bezüglich der Orientierung der Widerstandselemente 74 und 76 der Sensoren 70 zu (7).Another modified bearing arrangement C ( 8th ) is also identical in all respects to the bearing assembly A, except for the arrangement of the sensors 70 of the eight sensor modules M. In the bearing arrangement C, the sensor modules M are along the intermediate surface 59 that is between the two treads 58 of the housing 14 is located, arranged and attached to this. Four of the sensor modules M have their sensors 70 at 0 °, 90 °, 180 ° and 270 ° along the surface 59 on, where the Vertex of the surface 59 is at 0 °. With these sensors 70 The thighs extend 78 their resistance elements 74 in the circumferential direction and the legs 78 their resistance elements 76 extend axially. The remaining four sensor modules M have their sensors 70 at 25 °, 65 °, 155 ° and 295 ° with respect to the top apex, measured in the forward and then circumferential directions. The thigh 78 the resistance elements 74 and 76 the remaining sensors 70 are arranged 45 ° with respect to the circumferential direction and also 45 ° with respect to the axial direction. In short, the arrangement of the sensors 70 along the interface 59 the arrangement of the sensors 70 along the flange 64 the bearing assembly B, and essentially this also applies to the orientation of the resistive elements 74 and 76 the sensors 70 to ( 7 ).

Ein weiteres Ausführungsbeispiel entspricht der Lageranordnung A in jeder Hinsicht, außer dass kein Straßenrad W, keine Felge 2 oder Nabe 12 vorhanden ist. Stattdessen ist die Lageranordnung A an einer beliebigen Einrichtung mit rotierender Welle angeordnet und die Lagersensoren werden dazu verwendet, elektrische Signale bereitzustellen, die ein Maß für Umfangsmomente, Umfangs-Axialmomente, Axialmomente und Scherbelastungen des Lagers im Allgemeinen sind. Beispiele für Anwendungen, die derartige Informationen benötigen würden, sind Prozesssteuerungen für Walzwerke und Prozesssteuerungen für Werkzeugmaschinen. Es wird für den Fachmann der Lagerkonstruktion und Lageranwendung offensichtlich sein, dass es viele weitere Anwendungen gibt, bei denen die Belastungen, denen das Lager ausgesetzt ist, die Verwendung eines Lagers erforderlich machen würde, das in der Lage ist, elektrische Signale zur Überwachung dieser Lagerbelastungen bereitzustellen.Another embodiment corresponds to the bearing assembly A in every respect, except that no road W, no rim 2 or hub 12 is available. Instead, the bearing assembly A is disposed on any rotating shaft device and the bearing sensors are used to provide electrical signals indicative of circumferential moments, circumferential axial moments, axial moments, and shear stresses of the bearing in general. Examples of applications that would require such information are process controls for rolling mills and process control for machine tools. It will be apparent to one skilled in the art of bearing design and bearing application that there are many other applications where the stresses to which the bearing is subjected would require the use of a bearing capable of providing electrical signals to monitor these bearing loads provide.

Claims (11)

Straßenradanordnung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Anordnung eine Komponente (C) für das Aufhängungssystem des Kraftfahrzeugs, ein in Nachbarschaft zu der Aufhängungskomponente angeordnetes Straßenrad (W) des Fahrzeugs und eine Lageranordnung (A), die das Straßenrad mit der Aufhängungskomponente verbindet, aufweist, um eine Rotation des Straßenrads um eine Achse (X) zu ermöglichen und Lasten zwischen dem Straßenrad und der Aufhängungskomponente zu übertragen, wobei den Kontakt des Rads mit einer Straße reflektierende Kräfte erfasst werden, wobei die Lageranordnung umfasst: eine Nabe (12), an der das Straßenrad befestigt ist, wobei die Nabe eine entlang ihrer Achse angeordnete Spindel (28) aufweist, erste und zweite innere, auf der Spindel (28) der Nabe angeordnete Laufflächen (42), wobei die inneren Laufflächen nach außen, weg von der Achse (X) weisen und bezüglich der Achse in entgegen gesetzte Richtungen geneigt sind, ein einteiliges Gehäuse (14), das die inneren Laufflächen (42) umschließt und in Umfangsrichtung und im Wesentlichen axial ausgerichtete Außen- und Innenflächen (62, 59) aufweist, die nach außen weg von und nach innen hin zu der Achse (X) weisen, und einen Flansch (64), der nach außen weg von der in Umfangsrichtung und axial verlaufenden Außenfläche absteht, wobei das Gehäuse (14) mit seinem Flansch (64) an der Aufhängungskomponente (C) befestigt ist und wobei die in Umfangsrichtung und axial verlaufenden Außen- und Innen flächen (62, 59) und der Flansch (64) Sensorflächen am Gehäuse bilden, erste und zweite äußere Laufflächen (58), die am Gehäuse (14) vorgesehen und nach innen, zu der Achse und den inneren Laufflächen hin gewandt sind, wobei die erste äußere Lauffläche zu der ersten inneren Lauffläche (42) hin gewandt und in die gleiche Richtung wie diese geneigt ist und die zweite äußere Lauffläche zu der zweiten inneren Lauffläche (42) hin gewandt und in die gleiche Richtung wie diese geneigt ist, erste Wälzkörper (54), die in einer Reihe zwischen den ersten Laufflächen angeordnet sind und mit diesen in Berührung stehen und zweite Wälzkörper (54), die in einer Reihe zwischen den zweiten Laufflächen angeordnet sind und mit diesen in Berührung stehen, wodurch die Nabe (12) sich mit minimaler Reibung in dem Gehäuse (14) drehen kann und die einzelnen Wälzkörper (54) auf den Laufflächen abrollen, um zwischen dem Gehäuse und der Nabe Radiallasten und in beide Axialrichtungen weisende Drucklasten zu übertragen und Spannungen in das Gehäuse (14) zu leiten, die durch Verformungen der Sensorfläche reflektiert werden, und Dehnungsmessstreifen (70), die an mehreren Orten auf der Sensorfläche des Gehäuses angeordnet sind, wobei die Dehnungsmessstreifen derart ausgebildet und angeordnet sind, dass Dehnungen der Sensorfläche in Umfangs- und Axialrichtung erfasst werden.A road wheel assembly for a motor vehicle, the assembly comprising a component (C) for the suspension system of the motor vehicle, a road wheel (W) disposed adjacent to the suspension component of the vehicle, and a bearing assembly (A) connecting the road wheel to the suspension component allowing rotation of the road wheel about an axis (X) and transferring loads between the road wheel and the suspension component, wherein the contact of the wheel with a road is reflected by reflective forces, the bearing assembly comprising: a hub (Fig. 12 ), to which the road wheel is fastened, wherein the hub has a spindle arranged along its axis ( 28 ), first and second inner, on the spindle ( 28 ) the hub arranged treads ( 42 ), the inner raceways facing outward away from the axis (X) and inclined in opposite directions with respect to the axle, form a one-piece housing ( 14 ), the inner treads ( 42 ) and circumferentially and substantially axially aligned outer and inner surfaces ( 62 . 59 ) facing outwardly away from and inwardly toward the axis (X), and a flange (Fig. 64 ) projecting outwardly away from the circumferentially and axially extending outer surface, wherein the housing (10) 14 ) with its flange ( 64 ) is attached to the suspension component (C) and wherein the circumferentially and axially extending outer and inner surfaces ( 62 . 59 ) and the flange ( 64 ) Sensor surfaces on the housing form, first and second outer treads ( 58 ) on the housing ( 14 ) and are turned inwardly towards the axis and the inner raceways, the first outer raceway facing the first inner raceway (FIG. 42 ) and in the same direction as this is inclined and the second outer tread to the second inner tread ( 42 ) and in the same direction as this is inclined, first rolling elements ( 54 ) which are arranged in a row between the first running surfaces and in contact therewith and second rolling elements ( 54 ) which are arranged in a row between the second running surfaces and in contact therewith, whereby the hub ( 12 ) with minimal friction in the housing ( 14 ) and the individual rolling elements ( 54 ) on the treads to transfer between the housing and the hub radial loads and pointing in both axial directions compressive loads and stresses in the housing ( 14 ), which are reflected by deformations of the sensor surface, and strain gauges ( 70 ), which are arranged at a plurality of locations on the sensor surface of the housing, wherein the strain gauges are formed and arranged such that strains of the sensor surface in the circumferential and axial direction are detected. Anordnung nach Anspruch 1, bei der mindestens einer der Dehnungsmessstreifen (70) derart angeordnet ist, dass schräg zu den Umfangs- und Axialrichtungen verlaufende Dehnungen erfasst werden.Arrangement according to claim 1, wherein at least one of the strain gauges ( 70 ) is arranged such that elongations extending obliquely to the circumferential and axial directions are detected. Anordnung nach Anspruch 1, bei der zumindest einige der Dehnungsmessstreifen (70) in Modulen (M) angeordnet sind, die an der Sensorfläche befestigt sind, und jedes Modul enthält weiterhin einen Temperaturkompensator (84).Arrangement according to claim 1, wherein at least some of the strain gauges ( 70 ) are arranged in modules (M) which are attached to the sensor surface, and each module further comprises a temperature compensator ( 84 ). Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Dehnungsmessstreifen in Modulen (M) angeordnet sind, die an der Sensorfläche befestigt sind, und bei einigen der Module (M) sind die Dehnungsmessstreifen zur Erfassung von Scherkräften schräg angeordnet.Arrangement according to claim 1, wherein the strain gauges are arranged in modules (M) which are fixed to the sensor surface, and in some of the modules (M) are the strain gauges slanted to detect shear forces. Anordnung nach Anspruch 1, bei der zumindest einige der Dehnungsmessstreifen (70) an einer in Umfangs- und Axialrichtung verlaufenden Fläche (62) des Gehäuses (14) angeordnet sind, die nach außen, weg von der Achse (X) gewandt ist.Arrangement according to claim 1, wherein at least some of the strain gauges ( 70 ) on a circumferentially and axially extending surface ( 62 ) of the housing ( 14 ) facing outward, away from the axis (X). Anordnung nach Anspruch 1, bei der zumindest einige der Dehnungsmessstreifen (70) an einer in Umfangs- und Axialrichtung verlaufenden Fläche (59) des Gehäuses (14) angeordnet sind, die nach innen, zu der Achse (X) hin gewandt ist.Arrangement according to claim 1, wherein at least some of the strain gauges ( 70 ) on a circumferentially and axially extending surface ( 59 ) of the housing ( 14 ) which faces inwardly toward the axis (X). Anordnung nach Anspruch 1, bei der zumindest einige der Dehnungsmessstreifen (70) an dem Flansch (64) des Gehäuses angeordnet sind.Arrangement according to claim 1, wherein at least some of the strain gauges ( 70 ) on the flange ( 64 ) of the housing are arranged. Anordnung nach Anspruch 1, bei der zumindest einige der Dehnungsmessstreifen (70) bei 0°, 90°, 180° und 270° bezüglich einer Vertikalen angeordnet sind.Arrangement according to claim 1, wherein at least some of the strain gauges ( 70 ) at 0 °, 90 °, 180 ° and 270 ° with respect to a vertical. Anordnung nach Anspruch 8, bei der die bei 0°, 90°, 180° und 270° angeordneten Dehnungsmessstreifen (70) derart ausgerichtet sind, dass sie Dehnungen sowohl in Umfangs- als auch in Axialrichtung erfassen.Arrangement according to Claim 8, in which the strain gauges (0 °, 90 °, 180 ° and 270 °) ( 70 ) are aligned so that they detect strains in both the circumferential and in the axial direction. Anordnung nach Anspruch 9, bei der mindestens ein weiterer Dehnungsmessstreifen (70) in Umfangsrichtung versetzt zu den bei 0°, 90°, 180° und 270° vorhandenen Dehnungsmessstreifen angeordnet ist und Scherkräfte erfasst.Arrangement according to Claim 9, in which at least one further strain gage ( 70 ) is arranged circumferentially offset from the existing at 0 °, 90 °, 180 ° and 270 ° strain gauges and detects shear forces. Anordnung nach Anspruch 10, bei der der versetzt angeordnete Dehnungsmessstreifen schräg zu den Umfangs- und Axialrichtungen gerichtete Scherkräfte erfasst.Arrangement according to claim 10, wherein the offset arranged strain gauges obliquely to the circumferential and axial directions directed shear forces detected.
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